Cu基复合材料的制备

于明志

【摘 要】采用Ti2SnC作为添加相，Cu为基体，利用放电等离子烧结技术制备Cu基复合材料。讨论添加相和烧结温度对复合材料摩擦性能的影响，研究表明：Ti2SnC/Cu复合材料的摩擦系数随着Ti2SnC变化出现波动，但较纯铜的摩擦系数低的多，Ti2SnC含量为5%时的摩擦系数仅为纯铜的31%。Ti2SnC/Cu复合材料的摩擦系数随烧结温度的升高而先减后增，在800℃时达到最低。

【关键词】放电等离子 摩擦

引言

金属Cu因其良好的导电性和導热性广泛应用在电器材料中，但因其摩擦磨损性能较差而应用受到限制[1-2]。Ti2SnC导电陶瓷具有金属和陶瓷的综合性能，它具有良好的导电性能和加工性能，同时具有高弹性模量和抗腐蚀性，广泛用作添加增强材料，由于Cu和Ti2SnC具有接近的热膨胀系数，本文将Ti2SnC作为添加相增强Cu，以此来提高其摩擦磨损性能。

1 实验方法

采用Ti2SnC作为添加相，Cu作为基体，采用放电等离子烧结技术制备Ti2SnC/Cu复合材料。采用双罐三维摆动式高能球磨机，在较低转速下（100rpm/min）将Ti2SnC粉和Cu粉按照一定的配比进行干式混合。

2 实验结果与讨论

本实验重点研究了Ti2SnC/Cu复合材料的摩擦系数，通过对材料摩擦系数的研究大体上把握材料的摩擦性能。图1、图2、图3分别是Ti2SnC含量为5%时烧结温度分别为750℃、800℃、850℃所对应的材料摩擦系数。

由图1、图2、图3可看到，蓝线代表垂直于试样的正应力Fz，红色为平行于试样方向的摩擦力Fx，底部黄线是UNMT-1微纳米力学测试系统测量试样的摩擦系数。由图1、图2、图3可知，不同方向的力都随着时间发生波动变化。

图4是烧结温度为800℃；Ti2SnC含量分别为0%、2%、5%、10%的Ti2SnC/Cu复合材料的磨擦系数的变化图。图5是含量为5%的Ti2SnC在温度分别为750℃、800℃、850℃下烧结得到的Ti2SnC/Cu复合材料的磨擦系数的变化图。

由图4可知，随着Ti2SnC含量增加，摩擦系数先减后增，在Ti2SnC含量为5%左右时摩擦系数又开始减小。这是因为随着含量增加，固溶到铜中的颗粒越多，复合材料的强度不断提高，摩擦性能提高。

由图5可知，随着烧结温度的提高，Ti2SnC/Cu复合材料的磨擦系数先减后增。且烧结温度在800℃左右时达到最小只有0.197。当烧结温度太低（750）时摩擦系数为0.4378；烧结温度太高（850）时摩擦系数达到了0.6328。这是因为，烧结温度低时材料的致密度比较低，存在着较多的空隙，由于空隙的存在使得材料表面存在较大的凸凹度，从而材料的摩擦系数较大；而且烧结温度不高，强化相与铜基体的结合力不强，强化相容易脱落造成磨粒磨损。

结语

采用放电等离子烧结技术制备了Ti2SnC/Cu复合材料块体，并对Ti2SnC/Cu复合材料的性能进行了初步研究。得到如下结论：Ti2SnC/Cu复合材料的摩擦系数随着Ti2SnC变化出现波动，但较纯铜的摩擦系数低的多，Ti2SnC含量为5%时的摩擦系数仅为纯铜的30%。Ti2SnC/Cu复合材料的摩擦系数随烧结温度的升高而先减后增，在800℃时达到最低。

参考文献

[1]能拥军，邓牵.TiB颗粒增强铜基复合材料的研究[J].中南工业人学学报，2001，32（3）.294-297.

[2]贾燕民，丁秉钧.制备弥散强化铜的新工艺[J].稀有金属材料与程，2000，29（2）：141-143.